(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン及び発電機の組み合わされた装置であって：
前記装置の回転軸周りに円弧上に離間して配置されるとともに半径方向内側及び半径方向外側シリンダー端部を有する、複数のシリンダー；
それぞれの前記シリンダーの付随する１つの中で同軸上に運動可能であるとともにそれぞれ２つのカム従動子を備える複数のピストン；
それぞれの前記シリンダーのための個別の燃焼室を含むとともに前記内側及び前記外側シリンダー端部を支持するエンジンブロック；
軸方向に対向する前記シリンダーの側部に配置されるとともに前記半径方向に前記内側と前記外側シリンダー端部との間に配置された２つのエンドレス・カム・トラックであって、それぞれの前記ピストンの前記２つのカム従動子は、該カム・トラックのそれぞれの１つと操作的に係合している、エンドレス・カム・トラック；
固定電気コイル、及び少なくとも１つの磁気又は電磁気材料を有する、少なくとも１つの回転発電機接極子；
前記エンジンブロック、前記シリンダー及びピストン、前記固定電気コイル並びに前記回転発電機接極子を収納する固定筐体；
を含み、
前記エンジンブロックは、固定エンジンブロックであり、
前記発電機接極子は、前記装置の分離した回転発電機接極子組み立て品の一部を形成し、前記分離した回転発電機接極子組み立て品は、前記エンジン・ブロックが２つのカム・プレートの間に配設されるとともに前記少なくとも１つの発電機接極子により取り囲まれるように、前記発電機接極子に連結される２つの回転カムプレートをさらに含み、前記２つのエンドレス・カム・トラックのそれぞれの１つは、前記２つの回転カムプレートのそれぞれの１つに設けられ、各前記ピストンの燃焼作動が、前記装置から電気出力を生成するように、前記固定筐体内で前記分離した回転発電機接極子組み立て品を回転して駆動するように機能し、
前記固定エンジンブロックは、シャフトレス中央ハブを含み、前記ハブは、前記個別の燃焼室、シリンダーパージ及び前記シリンダーへの冷却空気を運ぶための空気パージ・ポート、前記シリンダーからの排気ガスを通すための排気孔、燃料を前記シリンダーに運ぶための燃料噴射装置孔、及び前記エンジンブロックに対して冷却を提供するための冷却材孔を有する、
装置。
【請求項２】
前記シリンダーが、前記回転軸から、放射状に外側に延伸する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記シリンダーが、それぞれの前記シリンダーの長手方向軸が、前記回転軸に交差しないようにオフセットされる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記カム・プレートの１つに取り付けられた、リング・ギアを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ピストンが完全に延伸した位置、又はその近傍にあるときのみ前記空気パージ・ポートが前記シリンダーに対して曝露される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記空気パージ・ポートが、前記少なくとも１つのシリンダーの、排気バルブが配置される端に対して反対側の端の近傍に配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記回転自在なカム・プレートが玉／ころ軸受けにより支持される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの冷却流体通路が、前記固定筐体及び前記固定電気コイルの間に提供される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
電磁作動排気バルブ、及び該排気バルブの作動を制御するコンピューター・プロセッサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記分離した発電機接極子組み立て品の一回の回転の過程において、複数回の燃焼イベントが達成される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記発電機接極子上に、複数の前記少なくとも１つの磁気又は電磁気材料を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記シリンダー内への前記空気パージ・ポートの連通から、拡大されたパージ及び冷却効果を提供するために、前記ピストンが、前記シリンダー内で完全に若しくはほぼ延伸した位置において、前記ピストンの直線運動を遅くする又は停止させる手段を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ピストンの内向きの運動に先立ち、前記シリンダーの予備圧縮を提供するために、前記排気バルブが閉鎖された後も、前記空気パージ・ポートが、前記シリンダーと連通したままである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
以下の工程を含む動力を生成する方法であって：
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のエンジン及び発電機の組み合わされた装置を提供する工程と；
各ピストンの燃焼作動により、前記固定筐体内の、前記発電機接極子に連結された前記２つの回転カムプレートを含む前記分離した回転発電機接極子組み立て品を、前記少なくとも１つの磁気又は電磁気材料が、電気エネルギーの出力を発生させるために、前記固定エンジン・ブロック周りの回転運動において、前記固定電気コイルを通過するように、回転駆動させる工程と；を含む、
方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのカム・プレートに取り付けられたリング・ギアを提供する工程；及び、前記リング・ギアから動力を出力する工程；を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
電磁作動排気バルブを提供する工程；及び前記排気バルブの作動を制御するコンピューター・プロセッサを提供する工程；を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記排気バルブのタイミングを、前記コンピューター・プロセッサへの入力に基づいて変更する工程を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記排気バルブのタイミングを変更する工程が、燃料の種類の入力、エンジン負荷の入力、燃焼センサーのフィードバックの入力、又は排気センサーのフィードバックの入力の少なくとも１つに基づいて行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ピストンの燃焼作動のために、さまざまな種類の燃料を、前記少なくとも１つのシリンダーに導入する工程を更に含み、前記排気バルブのタイミングの変更が、前記少なくとも１つのシリンダーに導入される前記燃料の種類に少なくとも部分的に基づく、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジン及び発電機に関し、特に電気エネルギーを生成するための機械的な内燃エンジン及び発電機の組み合わせの改良に関する。本発明は、機械的及び電気的動力を生成するためのエンジン及び発電機の利用法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の、増加の一途をたどる液体及び気体燃料に対する世界的需要、化石燃料の使用と供給に対する増加する懸念、並びに電気エネルギーに対する常に増加しつつある需要から、固定的と同時にポータブルなエネルギーの双方について、これらの燃料並びに電気エネルギーの、よりよい、よりクリーンな、より効率的な使用法への要求が存在することは明らかである。電気エネルギー生成のための、太陽光、風力、潮力、及び波などの方法を通じた、よりクリーンで、環境に優しいシステム開発への大きな注目があるが、それらは、特にポータブルなエネルギーにおいて常に実用的であるとはいえない。これらのよりクリーンな技術は、電力供給利用において必要である信頼性をしばしば欠く。常に晴れているか、風が吹くわけではなく、及び使用可能な波の力を生み出すことのできる水塊についても、常に波があるわけではない。信頼性のある、効率的な、一発で動く、われわれが生き延びて成長するために必要とする、機械的動力の出力方法、及び／又は電気エネルギーの生成方法への需要が常に存在する。目標は、電気エネルギーを効率的に生産しながら、化石又は合成燃料を利用する最良の、最も費用対効果のよい、可能な方法を開発することである。
【０００３】
本発明の「固定ブロック・ロータリーエンジン／発電機」は、燃料から機械的動力、又はクリーンな電気エネルギーのいずれかへのエネルギー変換を行う能力における、重大な改善を示している。本発明は、顕著に、より小型の、より軽量の、及びより出力密度の高い出力システムである。従来のエンジン及び発電機の組み合わせに比べて、本発明は、よりエネルギー効率が高く、環境に優しく、耐久性があり、及び信頼性があり、及び従来のエンジン  により駆動される発電機に比較して、はるかに手ごろな価格で生産並びに稼動を行い得る。本技術は、大きな動力では、サイズ、重量、出力密度、及び効率の利益が上昇するために、特に大きな用途において有利である。より重要なことには、本技術は、世界のエネルギー資源を保全するという目標に向かって、直接的かつ建設的な一歩を提供することである。
【０００４】
本発明は、電気的エネルギーの生成のための、統合された固定コイルを通過して、磁気的及び／又は電磁気的ポール要素を駆動する目的で、単一の防水、及び防塵ケースに封入された、随意的な統合された発電機と組み合わされたユニークなロータリーエンジン設計を提供することにより、上記の環境に優しい、保全に熱心な、エネルギー効率のよい、より小型の、より軽量の、より出力密度の高い、より耐久性の、信頼性のある、より手ごろな価格の、動力及び発電機械に対する要求並びに需要を満たすためことを追求する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固定ブロック・ロータリーエンジン／発電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内燃エンジン並びに内燃エンジン及び発電機の組み合わせを利用する、改良された固定又はポータブルな動力源を指向する。より具体的には、ピストンにより作動するロータリーカム・トラック組み立て品を有する発電機を、随意的に統合する、燃焼過程及び燃焼エネルギーの、機械的動力又は電気エネルギーへの変換を、最適化する能力のある新規な固定ブロック・ロータリーエンジンを指向する。前記エンジンの燃焼シリンダー及びピストンを包含する、外ケース並びにブロックが回転するか、又は静止する一方で、磁石及び／又は電磁石を随意的に支持しているエンドレス・ツインカム・トラックが、固定された外ケースの半分の内側に配設された固定コイル内を回転させられる。前記エンジンの燃焼シリンダー及びピストンは、好適には概ね２サイクルのエンジンと同様に稼動するが、２サイクルのエンジンに付随する環境への負の影響を伴わない。燃焼過程の全相で、このエンジン設計により提供される、制限することのない構成並びに改良は、非常に限定された操作速度範囲を要求する適用の利点と組み合わせて、全ての液状又は気体状燃料の極度に効率的な使用が実現される一方で、動力発生装置についての、サイズ、重量、及び出力密度における、先例のない利点を生み出す枠組みを提供する。従来のエンジンよりも大幅に削減された部品数、並びにはるかに大きな出力密度を有する固定ブロック・ロータリーエンジンと発電機との統合は、回転カム・トラック組み立て品、及び外ケースの半分に取り付けられるか、又はその部品であることのできる、固定コイルとともに回転する回転磁石を追加することだけを必要とし、更に製造とキロワット当たりの稼動コストにおける大幅な改善を提供する。
【０００７】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その意図は、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、耐久性及びコストに不利に影響し得る密封を要する主軸又はスリーブ軸受けを必要としない、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【０００８】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その意図は、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、耐久性及びコストに更に不利に影響し得る、ロータリーバルブ及び追加的なロータリーシールを必要とする、密封を要する主軸又はスリーブ軸受けを必要としない、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【０００９】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、空気の質に不利に影響し得る、ロータリーバルブ及び追加的なロータリーシールを必要とする、密封を要する主軸又はスリーブ軸受けを必要としない、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１０】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更に別の意図は、改善されたエンジン冷却手段を提供し得る、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１１】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更に別の意図は、改善された内部摩擦損失を提供し得る、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更に別の意図は、シリンダーの冷却及び洗浄を増大させ得る、改善された排気圧を提供し得る、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１３】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更に別の意図は、固定エンジン・ブロック、この固定ブロック上にそれによって配置され、かつ組み立て品の外ケース半分の内部に配置された、回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１４】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ更に別の意図は、固定エンジン・ブロック、及び出力の増大、エネルギーの保全及び耐久性の増大のために、改善された低摩擦の軸受けが装備された回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１５】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、固定エンジン・ブロック、並びに電気エネルギー生成のための磁石及び／又は電磁石を支持する能力のある、回転カム・トラック組み立て品を持つ、封入されたロータリー内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００１６】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、固定ブロック中で使用されるシリンダー数に関係なく、電気エネルギー生成のための、任意の数の磁石及び／又は電磁石を支持する能力のある、回転カム・トラック組み立て品を提供することである。
【００１７】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その別の意図は、燃焼効率及び出力を改善するための、差し込み式のピストン技術を可能とするエンジン設計を提供することである。
【００１８】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その意図は、燃焼過程の全ての相を最適化し、並びにその後の燃焼エネルギーの電気エネルギーへの直接的な変換を最大化する目的のための、非常に改善された設計の柔軟性を有する、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、統一された内燃エンジン発電機を提供することである。
【００１９】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その別の意図は、固定エンジン・ブロック及び、ピストンのストロークの頂部での長期間の滞在を有し、そのことにより、シリンダー中の点火された空気／燃料混合物がより完全に燃焼する一方で、ピストンがその関係するシリンダー内の位置に対して、実質的に固定される回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２０】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、まだ別の意図は、固定エンジン・ブロック、及びピストンのストロークの頂部での長期間の滞在を有し、そのことにより、はるかに大きなシリンダー圧を生成する手段として、シリンダー中の点火された空気／燃料混合物がより完全に拡大する一方で、ピストンが、その関係するシリンダー内の位置に対して、実質的に固定される回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２１】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、更に別の意図は、固定エンジン・ブロック、及び極端に高いシリンダー圧に耐えるエンジンの能力を制限し得る、いかなる形態のヘッドガスケット、又は主軸受けキャップをも必要としない、回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２２】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、固定エンジン・ブロック、及びピストンの線形運動の最適な変形が、カム・トラック及び発電機の接極子の最適なロータリー運動に変換されるような、無限に変更可能なカム・トラック構成を有する回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２３】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、固定エンジン・ブロック及び、ピストンのストロークの底部での長期間の滞在を有し、そのことにより、消費された気体の排気が達成される一方、ピストンが、その関係するシリンダー内の位置に対して、実質的に固定され、ピストンの強制運動による排気ガスの強制排出に比べて、内部エネルギーの損失を解消する、回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２４】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、固定エンジン・ブロック、及び各シリンダーを持つピストンが、洗浄されるか、又はそこから消費気体がパージされる一方で、ピストンはそのシリンダー内の位置に関して概ね固定されるように、ピストンのストロークの底部での長期間の滞在を有する、回転カム・トラック組み立て品を持つ内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２５】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ多重シリンダー内燃エンジン／発電機において、そのことにより、各シリンダーが洗浄され、及びその内部が冷却される一方、長期間の実質的な固定位置において、排気バルブが開放に保持される、ピストンのストロークの底部での長期間の滞在を提供することである。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持ち、その各ピストンが、燃焼汚染物質の大気中への排出を解消するために、関係するシリンダーの排気バルブが、シリンダーへの燃料の導入の前に、完全な閉鎖状態にあることができるように、長期間の  滞在時間を持つ、環境に優しい２サイクル型の多重シリンダー及びピストン式の内燃エンジン／発電機を提供することである。
【００２７】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、更に排気中の汚染物質を削減するために、選択された燃料に潤滑油又は潤滑化合物を加えることなく、２サイクルのエンジンとして作動する能力のある、ロータリー  カム・トラック及び発電機接極子組み立て品の進歩した組み合わせを具体化する、環境に優しい２サイクル型のロータリーエンジン／発電機を提供することである。
【００２８】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、カム・トラック組み立て品の単独の完全なローテーションにおいて、各シリンダーの多重点火を決定する能力のある、ロータリー  カム・トラック及び発電機接極子組み立て品の進歩した組み合わせを具体化する、環境に優しい２サイクル型のロータリーエンジン／発電機を提供することである。
【００２９】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その別の意図は、統合されたエンジン／発電機での使用のために設計された、固定エンジン・ブロック及び回転カム・トラック組み立て品を持つ、上述された目的物の特性を具体化した、進歩したロータリー内燃エンジンを提供することである。
【００３０】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ別の意図は、完全な回転発電機  接極子組み立て品を形成するために、磁石及び／又は電磁石を含むカム・トラック組み立て品の回転を引き起こすために、固定ブロック内燃エンジンを利用して、電気エネルギーを生成する手段を提供することである。
【００３１】
本発明の少なくとも１つの実施形態の総合的な意図は、小型の、軽量の、高度に効率的な固定及び／又はポータブルな  電力源を提供する、使用において信頼でき、製造において経済的であり、及び環境に優しい手段を提供することである。
【００３２】
本発明の少なくとも１つの実施形態の意図は、エンジンであって：少なくとも１つのシリンダーを有する固定エンジン・ブロック；前記少なくとも１つのシリンダーのそれぞれと同軸上に移動可能なピストン；各ピストンに付随する少なくとも１つのカム従動子；少なくとも１つの回転可能なカム・プレート；カム・プレート内に形成されたエンドレス・カム・トラックであって、前記少なくとも１つのカム従動子は、操作的にこのカム・トラックと係合しており；及び前記エンジン・ブロック及び前記少なくとも１つの回転可能なカム・プレートを収納する固定枠筐体を含み；各ピストンの燃焼作動  が、少なくとも１つのカム・プレートを回転自在に駆動するために機能する、エンジンを提供することである。
【００３３】
本発明の少なくとも１つの実施形態の意図は、エンジンであって：各ピストンに取り付けられ、各ピストンと一致して運動する点火プラグ；各ピストンに配設された点火プラグ電極  であって、該点火プラグ電極が前記点火プラグ及びピストン・リスト・ピン電極の間に延伸しているもの；及び前記リスト・ピン電極に電気エネルギーを伝達するために、ピストンのシリンダー内での運動の少なくとも１つの点におけるリスト・ピンと協調する電気エネルギー伝送器とを含むエンジンを提供することである。
【００３４】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、その更なる意図は、固定電気コイル、及び少なくとも１つのカム・プレートとの運動のための取り付けられる、少なくとも１つの磁気材料であって、この磁気材料が前記電気コイルを通過する軌道運動に応答して、電気エネルギーを発生させるための磁気材料とを含むエンジン／発電機  を提供することである。
【００３５】
本発明の少なくとも１つの実施形態では、そのまだ更なる意図は、動力を発生させる方法であって、以下の工程を含む方法を提供することである：エンジンであって：少なくとも１つのシリンダーを有する固定エンジン・ブロック；前記少なくとも１つのシリンダーのそれぞれと同軸上に運動可能なピストン；それぞれのピストンに付随する少なくとも１つのカム従動子；少なくとも１つの回転自在なカム・プレート；前記カム・プレート内に形成されたエンドレス・カム・トラックであって、前記少なくとも１つのカム従動子は、操作的に前記カム・トラックと係合しており；及び前記エンジン・ブロック及び前記少なくとも１つの回転自在なカム・プレートを封入する固定筐体とを含むエンジンを提供すること；及び各ピストンの燃焼作動により前記少なくとも１つのカム・プレートを回転自在に駆動させること。
【００３６】
本発明を記載したが、上記及び本発明の更なる目的物、特徴、及び利点は、以下の付随する図面に図示された好適な実施形態の詳細な記載から当業者には直ちに明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、固定ブロック・エンジン／発電機の下文に現れる本発明の記載において言及されるエンジン／発電機の主要部分を示す、分解側面断面立面図であり；
【図１Ａ】図１Ａは、概ね構成部品の中央線から見た組み立て品に、上端カム軸受けを加えた水平立面図を示すための、ピストン組み立て品の拡大された水平断面図であり；
【図１Ｂ】図１Ｂは、組み立て品の構成部品の概ね中央線から見た、拡大されたピストン組み立て品の側面断面図であり；
【図２】図２は、回転カム・トラック／接極子  組み立て品に付属する部品の、分解側面断面立面図、及びそれぞれの上端又は底部立面図であり；
【図３】図３は、明瞭さのために実線で強調されたカム・トラック表面、及び組み立てられた図２に図示された回転カム・トラック／接極子部分を示す水平立面図であり；
【図３Ａ】図３Ａは、内部の部品の組み立てられた側面図での配置を図示するために、実質的に図３の切断線３Ａ−３Ａに沿って示された全体の断面図であり；
【図３Ｂ】図３Ｂは、その中でカムに関連するピストンの機能が示されるカム・トラックの好適な実施形態の図解であり；
【図４】図４は、固定エンジン・ブロックの水平立面図であり；
【図４Ａ】図４Ａは、固定エンジン・ブロックの内部構造の側面図を明瞭に図示するために、実質的に図４の切断線４Ａ−４Ａに沿った、固定エンジン・ブロックの全体断面図であり；
【図４Ｂ】図４Ｂは、随意的な、又は代替的な、水平に配向され、実質的に図４の切断線４Ａ−４Ａに沿って見た、固定エンジン・ブロックのレイアウトの全体側面断面図であり、随意的な標準型点火プラグ又はグロー・プラグの包含と同時に、燃料噴射装置の配置と取り付けの修正された配列を示すものであり；
【図５】図５は、図１で示された、好適な稼動配向にある、エンジン／発電機の全ての主要な部品の組み立てを明瞭に図示するために、図３の切断線３Ａ−３Ａにおいて用いられたものと同様の切断線に実質的に沿って見た、拡大された全体断面側面組み立て図であり；
【図６】図６は、内部の固定及び回転部品の組み立て配列を図示するために、図６Ａの切断線６Ｂ−６Ｂに実質的に沿って見た水平断面図であるが、明瞭さのために、エンジン・ブロック及び底部外ケースは断面図として示されておらず；
【図６Ａ】図６Ａは、図６Ａの切断線６Ａ−６Ａに実質的に沿って見た、全体の断面図であるが、内部の全ての部品の組み立て配列を図示するために、図６の取り外された上端ケースを包含して組み立てられ、示されており；
【図７】図７は、図６と同様に、図７Ａの切断線７Ａ−７Ａに実質的に沿って見た、全体の断面図であるが、よりよい明瞭さのために、示されていない上端ケースの中に存在するカム・トラックのレイアウトを包含し、及びシリンダーにおける放射状の玉軸受けを除去しており；
【図７Ａ】図７Ａは、図６Ａと同様に、組み立てられた上端ケースを含む、図７の切断線７Ａ−７Ａに実質的に沿って、及びその上の矢印の方向を見た全体の断面図であり；
【図８】図８は、図８Ａの切断線８Ｂ−８Ｂに実質的に沿って見た、水平断面図であり、及び図７と同様であるが、図３に示される回転カム・トラック組み立て品、及び図１Ａの付随するピストン組み立て品が、カム・トラック組み立て品の部分的回転後に示されており；
【図８Ａ】図８Ａは、図１Ｂのピストン組み立て品と同時に図１のバルブ組み立て品の上での図３のカム・トラック組み立て品の回転の効果を示すために、図７と同様の、組み立てられた上端ケースの図８の切断線８Ａ−８Ａに実質的に沿って、その上の矢印の方向を見た全体の断面図であり；
【図９】図９は、図９Ａの切断線９Ｂ−９Ｂに実質的に沿って見た、水平断面図であり、及び図８と同様であるが、図３に示される回転カム・トラック組み立て品及び図１Ａの付随するピストン組み立て品がカム・トラック組み立て品の追加的な回転後に示されている；
【図９Ａ】図９Ａは、図１Ｂのピストン組み立て品と同時に図１のバルブ組み立て品の上での、図３のカム・トラック組み立て品の追加的回転の効果を示すために、図９の切断線９Ａ−９Ａに実質的に沿って、その上の矢印の方向を見た、図８Ａと同様の組み立てられた上端ケースの全体の断面図であり；
【図１０】図１０は、図６、７、８及び９に示されたものと同様であるが、シリンダーが放射状に外側へ延伸する方向がわずかにオフセットされている、別の実施形態をそれぞれ示す水平断面図であり；
【図１１】図１１は、図６、７、８及び９に示されたものと同様であるが、シリンダーが放射状に外側へ延伸する方向がわずかにオフセットされている、別の実施形態をそれぞれ示す水平断面図であり；
【図１２】図１２はシリンダーが、中央から放射状に外側に向かう方向に対して９０度オフセットされている、別の実施形態をそれぞれ示す水平断面図である。
【図１３】図１３はシリンダーが、中央から放射状に外側に向かう方向に対して９０度オフセットされている、別の実施形態をそれぞれ示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の記載は、本発明の現在の好適な実施形態の特徴を説明し、及びユニークな、環境にクリーンに稼動する、２サイクル型の、回転ツインカム・トラック及び発電機接極子の組み合わせを持つ４−シリンダー・エンジンを利用し、並びに比較的固定された速度で稼動するために固定ブロック・ロータリーエンジン設計を有し、２２０ボルトの３相交流電流を生産しながら、最適化された燃焼過程及び増大された全体効率を提供するという目的の、エンジン／発電機の特徴をより具体的に説明する。これは、本発明のエンジン／発電機が取ることのできる唯一の形態ではなく、またこれは本発明が生成する唯一の電気エネルギーの形態でもない。しかしながら、本願において記載され、及び説明される本発明の形態は、当業者が本発明の実施を可能とするために現在熟慮された最上の様式である。
【００３９】
言及したように、図１は、本発明の以下の記載で時折言及される本発明のエンジン／発電機のいくつかの主要部分を図示する分解側面断面立面図である。
【００４０】
図１に図示されたエンジン／発電機の基本的部分は、次の図面において、かかる設計の部品の追跡を容易ならしめるために、番号により標識されていることに注意されたい。
【００４１】
図１Ａ及び図１Ｂには、ピストン組み立て品３９の、それぞれ上端及び側面組み立て図を示すために、概ねシリンダー・スリーブ１５、プラグイン・ピストン式ピストン１６とその電極３６、絶縁体３７、及び燃焼時に燃焼室内部でそこから燃焼火花が発生する、その点火プラグ・ヘッド３８の中央線から見通した、拡大水平断面図（図１Ａ）及び拡大側面断面図（図１Ｂ）が図示されている。
【００４２】
リスト・ピン電極組み立て品１７とその電極３４、及び本願の以下において詳細に記載される、ピストン組み立て品３９の全部品が、カム・ローラー組み立て品１８及び外側カム・トラック４５の相互作用を介して、単一ユニットとして一緒に運動することができるように、固定された位置において、プラグイン・ピストン式のピストン１６をシリンダー・スリーブ１５に接続させるために用いられる絶縁材３５も示されている。  プラグイン・ピストン式のピストン１６は、随意的な特徴であり、従来のピストンも同様に使用することができる。
【００４３】
図２は、回転カム・トラック／接極子組み立て品に付随する部品の分解側面断面立面図及びそれぞれ上端又は底部立面図である。
【００４４】
リング・ギア５は、それにより燃料ポンプ、油ポンプ、及び空気ポンプなどの付属装置（図示されていない）が、カム・トラック／接極子組み立て品の回転により稼動される手段として提供され得る。リング・ギア５は、標準位置決め用だぼ（ｄｏｗｅｌ）及び締め具の手段により上部カム・トラック・プレート９の上面に取り付けられる。この取り付けは、カム・トラック／接極子組み立て品の正確かつ低摩擦の回転を支持し、及び提供する、好適には玉軸受けである、２つの主ラジアル軸受け７の内の１つの外輪のための締め付けネストも提供する。２つの絶縁された点火導体８は、火花を図１Ａ及び１Ｂに示されるプラグイン・ピストン式点火プラグへ前進させるために用いられる。絶縁された点火導体８は、螺着可能に上部カム・トラック・プレート９に取り付けられ得る。上部カム・トラック・プレート９は、その中に接極子リング１０が精密に配置され、標準位置決め用だぼ、及び締め具の手段により取り付けられ得る外径近傍に、溝とともに提供されることもできる。接極子リング１０は、上部カム・トラック・プレート９及び下部カム・トラック・プレート２８の間の精密な寸法を提供するために機能する。この下部カム・トラック・プレート２８も、その中に接極子リング１０が精密に配置され、標準位置決め用だぼ、及び締め具の手段により取り付けられ得る外径近傍に、溝とともに提供されることもできる。接極子リング１０も、接極子磁石１１が配置され、接極子磁石１１の角度のある端と、相補的な角度のある端を備えた接極子クランプ１２により固定される場所に、同心外径を提供する機能も果たす。接極子クランプ１２は、接極子磁石１１のために正確な間隔と固定手段を提供するために、螺着可能に接極子クランプ１２を接極子リング１０に結合させる、標準締め具を受け入れるように作成された取り付け孔とともに提供されることができる。
【００４５】
接極子磁石１１は、任意の従来手段により、カム・トラック・プレート９、２８の両方又は片方に配置、さもなければ配設され得る。実施形態では、接極子磁石１１及び接極子クランプ１２も、図３Ａの組み立て品に示されるように、その上部カム・トラック・プレート９、及び下部カム・トラック・プレート２８に備えられた相補的な角度面との相互作用により、中心に置かれ、整列され、固定されることができる。下部カム・トラック・プレート２８も、カム・トラック／接極子組み立て品の正確な低摩擦の回転を支持し、かつ提供する、好適には玉軸受け、又はロール軸受けである、２つの主ラジアル軸受け７の２番目のものと提供されることができる。下部主ラジアル軸受け７も、下部カム・トラック・プレート２８の中のネストに収まることができ、及び軸受けの外輪は、排気バルブ作動カム・リング固定器具２９の標準位置決め用だぼ、及び締め具の手段による下部カム・トラック・プレート２８内への取り付けにより固定される。２つの隆起したカム・ランド４７及び２つの下部カム・ランド４８を持つ排気バルブ作動カム・リング３０は、機械加工のポケットにより、排気バルブ作動カム・リング固定器具２９内に配置され、及び標準位置決め用だぼ、及び締め具の手段により安全に取り付けられる。エンジン／発電機の稼働中に、回転組み立て品全体の重量及び隆起したカム・ランド４７に加えられる力により発揮される圧力は、カム・リング３０と全体が接触する、好適には玉軸受け型の推力軸受けである、推力軸受け３１に加えられる。このカム・リング３０は随意的な特徴である。バルブは、任意の従来の機械的又は電気機械的手段により作動させ得る。
【００４６】
特定の実施形態では、このバルブは独立した電磁作動装置、又は類似のデバイスにより運転でき、及びコンピューター・プロセッサにより制御され得る。さまざまな異なる燃料の使用が望ましい実施形態において、このことは特に有用である。燃焼室内の圧力は、排気バルブ閉鎖のタイミング制御により多種の燃料の種類の燃焼特性を最適化するために、調整及び稼働中に修正（オンザフライ：ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ）されることができる。
【００４７】
例えば、エンジンが高負荷で稼動する期間は、はるかに高いシリンダー圧力を要求するディーゼル燃料などの高エネルギー燃料がより好適である。この例では、排気バルブは早く閉鎖させられ、内部シリンダー冷却サイクルを短縮化し、及びピストンの内部運動に先立ち予備圧縮モードを長引かせ、シリンダーを新鮮な空気で予備加圧する。この作用は、圧縮サイクルの後にはるかに高いシリンダー圧力を提供する。反対に、低出力が要求される期間及び低エンジン負荷では、天然ガスなどの、強力さはより少ないが、よりクリーンで、より安価な燃料が、より好適である。この期間では、シリンダー内の圧縮比は、排気バルブをより遅く、たとえ圧縮サイクルでピストンの内部運動が開始後であろうとも、閉鎖することによって低下させ、それによりシリンダー内の新鮮な空気が排気バルブから外に放出され、シリンダー内で圧縮されるべき空気の容積を低下させる。この作用は、エンジン内の作業負荷も低下させ、操作の効率を更に増大させる。
【００４８】
単一燃料が使われる状況であっても、負荷量が増大し、したがって燃料の量も増加されるに連れて、負荷に基づいて、シリンダー圧力、及びシリンダー内の新鮮な空気量を制御し、より多くの圧縮された空気を可能とすることは有益であることに注意されたい。反対に、負荷量が減少するに連れて、シリンダー圧力及びシリンダー内の新鮮な空気容積を下げるように、バルブのタイミングを合わせることができる。
【００４９】
コンピューター・プロセッサは、特定の燃料の種類及び／又は現在の負荷値の入力に基づき、バルブの作動をタイミング調整できるようにあらかじめプログラムされ得る。代替的に、又は上記と協力して、現在の状態に基づいて、自動的にバルブのタイミングを最適化するために、エンジンに燃焼及び排気センサーを備え、及びセンサーからのフィードバックがコンピューター・プロセッサに入力されるようにできる。
【００５０】
外部カム・トラック表面４５及び内部カム・トラック表面４６を見ることができる、上部カム・トラック・プレート９及び下部カム・トラック・プレート２８の２つの対向する上端及び底部の図に注意を払う必要がある。上部カム・トラック・プレート９及び下部カム・トラック・プレート２８の両方についてのカム・トラック構成は互いに鏡像関係にあることは明らかである。接極子リング１０に組み立てるときに、カム・トラック・プレートの精密な配置は、標準位置決め用だぼ、及び締め具の使用により保証されることに注意されたい。
【００５１】
図３は明瞭さのために実線で強調されている、外部カム・トラック表面４５及び内部カム・トラック表面４６を持つ、組み立てられた図２に図示された回転カム・トラック／接極子部分の水平立面図である。図３Ａは、その内部の回転カム・トラック／接極子部分の組み立て側面図配置を示すための、図３の切断線３Ａ−３Ａに実質的に沿って見た全体の断面図である。図３及び図３Ａの両方とも、組み立てられた部分の配置及び相互作用を図示している。リング・ギア５は図３及び図３Ａに明瞭に見ることができる。図３では、リング・ギア５が、上部カム・トラック・プレート９に標準位置決め用だぼ、及び締め具の手段により取り付けられていることが明瞭に見て取れる。主ラジアル軸受け７も、図３に明瞭に見ることができ、及び上部主ラジアル軸受け７の外部軸受けレースの、入れ子にされ、固定された配置も図３Ａにおいて明白である。
【００５２】
接極子リング１０、接極子リング１０に対して上部カム・トラック・プレート９の正確な配置を保証する、位置決め用だぼ５０、及び標準締め具５１も図３に見られる。同一の正確な配置、及び締め付け手段が、リング１０を下部カム・トラック・プレート２８に固定するために用いることができることを理解されたい。正確な構築孔４９が上部カム・トラック・プレート９、及び下部カム・トラック・プレート２８の両方に備えられることができる。これらの孔は、機械加工中に上部カム・トラック・プレート９及び下部カム・トラック・プレート２８の正確な配置を保証するために機能するのみではなく、稼働中に回転カム・トラック組み立て品中に、潤滑油が蓄積されることを防止するベント又は溢出口としても機能する。図３Ａでは、その中に接極子リング１０が正確に配置されて取り付けられることができる、上部カム・トラック・プレート９、及び下部カム・トラック・プレート２８の外径近傍の溝が、明白に見られる。接極子磁石１１に対する上部カム・トラック・プレート９、及び下部カム・トラック・プレート２８の角度のあるクランピング配置も図３Ａにおいて明白である。図３では、角度のある端を持つ接極子磁石１１と、標準締め具５２の手段により接極子リング１０に螺着可能に取り付けられることができ、カム・トラック／接極子組み立て品の最外径上での接極子磁石１１の正確かつ固定された位置決めを提供する、接極子クランプ１２の角度のある端との相互作用が見られる。
【００５３】
図３Ａでは、排気バルブ作動カム・リング固定器具２９が、それが適正位置に固定保持され、標準位置決め用だぼ、及び締め具により位置決めされる、下部カム・トラック・プレート２８の切り込み部分内に配置されているのが見られる。下部主ラジアル軸受け７の外部軸受けレースの、入れ子にされ、及び固定された配置が、作動カム・リング固定器具２９の下部カム・トラック・プレート２８への取り付けにより再び明白になっている。排気バルブ作動カム・リング３０は、適正位置に固定保持され、標準位置決め用だぼ、及び締め具により位置決めされることのできる、排気バルブ作動カム・リング固定器具２９の切り込み部分内にも配置され得る。排気バルブ作動カム・リング３０及びその２つの隆起したカム・ランド４７の好適な配向が図３及び図３Ａ中に見られる。
【００５４】
最後に、品図３及び図３Ａに示される、カム・トラック及び発電機・接極子部分の全体の組み立ては、カム・トラック／接極子組み立て品７５として、本願の残りの部分で言及される。図３Ａではカム・トラック／接極子組み立て品７５は、カム・トラック／接極子組み立て品７５の底面で、水平面に配向され得る、推力軸受け３１の上に基礎を置いているのが示されている。推力軸受け３１は、隆起したカム・ランド４７の直接下で、カム・トラック／接極子組み立て品７５と同一の中心線上に配向しており、及び排気バルブ作動カム・リング３０の底表面と全体的な表面接触を持つ。推力軸受け３１は、本願の残りの部分で見られる、底部ケース半分３３のポケットの中に配置される（図１を参照のこと）。
【００５５】
図３Ｂは、カムに関連するピストンの機能が示されている、カム・トラックの好適な実施形態の図解である。この好適な実施形態では、カム・トラック構造は、エンジン／発電機のカム・トラック／接極子組み立て品７５の単一回の３６０度の回転のコースにおいて、エンジン／発電機の各シリンダーが２つの完全な燃焼イベントを与えるような構造になっていることが明白である。したがって、示されている４−シリンダーのエンジン／発電機は、カム・トラック／接極子組み立て品７５の単一回の回転中に、８回の完全な燃焼イベントを発生させる。シリンダーの数と同時に１回転当たりの燃焼イベント数は、物理的サイズ及び特定のエンジン／発電機設計の出力要求のみにより制限されることを理解されたい。好適な実施形態において示唆される、シリンダー数、磁石／電磁石の数、又は１回転当たりの燃焼数に制限はない。図３Ｂは単に明確にこの構造により提供されるこの設計の大きな柔軟性を示すために提供されていることに注意されたい。
【００５６】
本願のエンジンは、「Ｒｏｔａｒｙ  Ｅｎｇｉｎｅ」と題された、１９８７年３月３１日に付与された、本出願人の以前の米国特許第４，６５３，４３８号に説明される４シリンダーのエンジンの教示及び開示、及び「Ｅｎｇｉｎｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」と題される、２００１年５月２５日に付与された、本出願人の以前の米国特許第６，２３０，６７０号に説明される、６シリンダーのエンジン／発電機の開示と多くの点において同様のものであることに注意されたい。これらの２つの特許は、引用によりその全体が本願に組み込まれる。後者の「Ｅｎｇｉｎｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」の特許からの特定の除外は、固定エンジン・ブロック１３、回転カム・トラック／接極子組み立て品７５、単純化された上端ケース半分４、単純化された下端ケース半分３３、主ラジアル軸受け７、燃料噴射装置２の直接噴射能力、改善された半球状ヘッド設計６０、改善されたエンジン・ブロック水冷能力、及び新しい「プラグイン式ピストン」組み立て品３９（特許出願係属中）に見出される。本発明で用いられるシリンダーは、「Ｃｙｌｉｎｄｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題された、１９９７年６月１０日に付与された、本出願人の以前の米国特許第５，６３６，５９９号のものを改善したものであり、及び本発明で用いられるバルブ組み立て品は、「Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｖａｌｖｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題された、１９９７年１２月３０日に付与された、本出願人の以前の米国特許第５，７０１，９３０号からのものであることに注意されたい。これらの２つの特許は、引用によりその全体が本願に組み込まれる。
【００５７】
図４及び図４Ａに移り、一般的にエンジン／発電機のエンジン部分が固定エンジン・ブロック１３を含むことを理解されたい。燃焼室６０、排気バルブ組み立て品２０（図１）を受け入れ螺着可能に固定する孔５９及び排気ガスを、固定エンジン・ブロック１３に、ねじ山の切られた孔６５において固定され得る、ねじ山の切られた排気管２６（図１）に通じさせる排気孔６２を有する、固定エンジン・ブロック１３は、中央ハブを持つ車輪の形態と同じ形態を有することができる。排気バルブ・カム２５（図１）の適正な位置合わせを保証するために使われ得る、排気バルブ・カム位置合わせ軸受け２７（図１）を受け入れるための放射状の溝６３が、エンジン・ブロック１３に備えられることができる。２つの主ラジアル軸受け７（図１）は、表面５５上に軽抵抗フィットで配置されることができ、及び固定エンジン・ブロック１３の止め輪スロット５６の中に適合する止め輪６（図１）により固定される。稼働中、シリンダー・パージ及び冷却用空気は、パージ空気ポート５７を通過して、シリンダー１４を取り囲む（図１）リリーフ溝５８の中から、シリンダー（１４）の外径壁に配置されることができるキャスト・ポート７１（図８Ａ）を通過して、シリンダー中に向けられ、シリンダー１４の内径壁に配置されることができるキャスト・ポート７２（図８Ａ）において、シリンダーシリンダー中に搬送されることができる。カウンタボアシートを持つ燃料噴射装置孔６１が、各燃焼室の内部の半球状燃焼室の４分の１の頂部に備えられ得る。この燃料噴射装置孔６１は、燃料噴射装置２（図１）を受け入れるために使われることができ、及びそれにより、燃焼に先立つ適正な時間に燃料をシリンダー内に搬送することができる。この観点において、固定エンジン・ブロック１３のハブ部分に成型された、８つの冷却材孔６４が示されている。これらの成型された孔は、燃焼室６０と排気バルブ組み立て品（図１の２０）を受け入れるための孔５９の近傍に配置されることができ、燃焼熱が集中されたときにそれらの領域に冷却を提供する。固定エンジン・ブロック１３の外径方向を見ると、４つの開口した窓が、８つの平行な湾曲した強化された壁により画成される固定エンジン・ブロック１３を介して、随意的に提供される。これらの強化された壁は、更に断面図により定義される（図４の５４）。隣接する強固な壁の間のウェブ部分には、重量を軽減するため、及び潤滑油が自由に排出されることを可能にするために、ウェブを貫通する孔５３を備えることができる。ウェブ及び強化された壁の目的は、シリンダー１４（図１）の最外端を支持するために用いられる、固定エンジン・ブロック１３の最外側のリングに強固な支持を提供することである。シリンダー１４（図１）は、その両端が、ねじ部分を使用して、螺着可能に固定エンジン・ブロック（１３）に取り付けられることができる（図４及び図４Ａの６６）。
【００５８】
図４Ｂでは、水平に配向された、固定エンジン・ブロック１３のための随意的な構造が見られる。この構造では、燃料噴射装置２の配置、燃料噴射装置クランプ１の固定エンジン・ブロック１３への付加、及び標準点火又はグロー・プラグ３の燃焼室６０への直接の付加を除いて、図４及び図４Ａの全ての特徴が同じである。これらの修正、又は選択肢は、エンジン／発電機が、使用される燃料に無関係に、可能な最も効率的な様式で機能することを可能にするために提供されている。例えば、ディーゼルなどの重い燃料が使用されている場合、点火プラグよりも、グロー・プラグを用いたほうが望ましく、及び図４Ｂに見られる構造はグロー・プラグの適用に最も適切なものである。特定の高エネルギー又は高効率適用では、シリンダー内の異なる配置から提供される２つの個別の火花を有して、及び最大燃焼を提供するために、燃焼過程の異なる時間に点火されることが好適である。それらの適用では、本願で後にはるかに詳細に記載される、プラグイン式ピストン構造、及び図４Ｂの燃焼室６０に直接挿入される固定点火プラグの両方を用い得る。最後に、それらの適用において、経済性が優先事項である場合、より高価であるプラグイン式ピストン設計よりも、図４Ｂに見られる構造がより望ましい。それらの適用では、点火プラグがその中に含まれない、標準の中身の詰まったピストンがプラグイン式ピストン設計を置き換えるであろう。これらの変化又は選択肢は、この好適な実施形態に記載されるエンジン／発電機の全体設計には、他の効果を持たない。
【００５９】
図５は図１に示された全ての部品の完全な組み立て品であり、及び本発明のエンジン／発電機の分解側面断面立面図として示されている。この図は、稼働中は底部に配置された排気管２６を持つ、水平に配向される、好適な稼動位置におけるエンジン／発電機のこの好適な実施形態も示している。４つのバルブ組み立て品２０の内の２つ、及び４つのピストン組み立て品３９の内の２つと同時に回転カム・トラック／接極子組み立て品７５を見ることができる。シリンダー１４が、螺着可能に固定エンジン・ブロック１３に取り付けられているのが見られる。ピストン組み立て品３９のプラグイン式ピストン１６（図１Ａ及び図１Ｂ）がシリンダー１４の内部に見られ、及びシリンダー１４の外径とスリップ・フィット配置にあり、プラグイン式ピストン１６（図１Ａ及び図１Ｂ）にリスト・ピン電極組み立て品１７により取り付けられ、完全なピストン組み立て品３９を形成する、シリンダー・スリーブ１５（図１Ａ及び図１Ｂ）に取り付けられている。プラグイン式ピストン設計の稼動は、このエンジン／発電機の図により最もよく理解され得る。見られるように、カム・トラック／接極子組み立て品７５は、火花をプラグイン式ピストン組み立て品３９へ、及び最終的には図１Ａ及び図１Ｂに見られる点火プラグ・ヘッド３８まで前進させるために用いられる点火導体８が、上端ケース半分４に取り付けられた点火プラグ３と整列位置にあるような、回転位置にある。高エネルギー火花は、点火プラグ３から点火導体８へ、及び再びピストン組み立て品３９のリスト・ピン電極３４へ跳躍し、燃焼室６０内の点火プラグ・ヘッド３８の点火火花を引き起こす。この独自の構造の利点は、「Ｐｌｕｇ−ｌｎ−Ｐｉｓｔｏｎ」と題された、本出願人の係属中の米国特許出願第１２／１４２，９９９号に、そのはるかに詳しい詳細が記載されており、この出願は引用によりその全体が本願に組み込まれる。固定ブロック・エンジン／発電機の今後の図においては、点火導体８のカム・トラック／接極子組み立て品７５との回転運動と同時に、燃焼室６０内での選択された燃料の点火及び爆発に応答するピストン組み立て品３９の運動が示される。
【００６０】
図６及び図６Ａは、ともに揃いとなって、２つの関連する見通しのよいポイントから固定ブロック・エンジン／発電機の作動を示すためのものである。図６は、図６Ａの切断線６Ｂ−６Ｂに実質的に沿って見た、その中の固定及び回転部品の組み立て配置を図示するための水平断面図であるが、明瞭さのために、エンジン・ブロック１３及び底部ケース半分３３は、断面図としては斜線を施しておらず、及びカム・ローラー組み立て品（図１Ａの１８）は、次に続く稼動イベントでの記載の明瞭性を支援するために示されている。図６Ａは、図６の切断線６Ａ−６Ａに実質的に沿って見た全体の断面側面図であるが、その中の組み立て配置を図示するために、組み立てられ並びに取り外された上端ケース４及びその中の図６の全ての付属部品を含んで示されている。図６は、組み立て品のいくつかの特徴を示す。底部ケース半分３３の最も外側の外径が、標準位置決め用だぼ、及び締め具により、組み立て品の中の２つのケース半分をしっかりと固定させる、フランジとともに示されている。回転カム・トラック／接極子組み立て品７５の回転接極子磁石１１が、燃焼室６０内の燃料への点火に応答して、固定電気コイル３２のコイルの巻線を通過する際の相互作用により、生成された電気エネルギーの伝達のために、固定電気コイル３２及びコイル出力線６７が用いられる。この水平図では、螺着可能に固定エンジン・ブロック１３に取り付けられた、シリンダー１４を再び見ることができる。ピストン組み立て品３９のプラグイン式ピストン１６（図１Ａ及び図１Ｂ）はシリンダー１４内部に見られ、及びシリンダー１４の外径とスリップ・フィット配置にあり、プラグイン式ピストン１６（図１Ａ及び図１Ｂ）にリスト・ピン電極組み立て品１７により取り付けられ、完全なピストン組み立て品３９を形成する、シリンダー・スリーブ１５（図１Ａ及び図１Ｂ）に取り付けられている。図６に見られる主ラジアル軸受け７には、特別な考慮が払われるべきである。この図では、下部主ラジアル軸受け７の全体が示されているが、しかしながら、エンジン／発電機のこれ以降の水平図では、明瞭性を増す目的で、下部主ラジアル軸受け７は部分的にのみ示される。下部主ラジアル軸受け７は、これ以降の水平図では、シリンダー１４の外径により画成される領域内に示されることはない。最後に、この図では８つの冷却剤孔６４が燃焼室６０の近傍に再見される。
【００６１】
関係した図６及び図６Ａの両方は、追加的な冷却の特徴を示している。これらの冷却の特徴は、固定ケース４、３３内部に密封された固定電気コイル３２の冷却を指向している。好適には、固定上部ケース半分４及び下部ケース半分３３の両方の中に、切り込み部分６９が備えられることができる。任意の数の切り込み部分６９が提供され得る。示されるように、これらの切り込みは２つの別個の空間、チャンネル、又は冷却流体通路７０を固定電気コイル３２及び２つのケース半分（４及び３３）の間に提供する。これらの冷却流体通路７０は、密封された固定電気コイル３２の最外側の表面の全域に、空気、水、冷却液又はオイルなどの任意の適切な冷却流体を運搬することが意図されている。好適には、この冷却流体は、密封された固定電気コイル３２の周囲を、密封された固定電気コイル３２の全外径の周囲の、より均一な冷却が提供されるのと反対方向に、冷却流体通路７０を通じて循環される。特に高エネルギー出力又は継続的な稼動負荷の間には、これは大変に望ましい特徴である。冷却流体は、エンジン・ブロック１３の他の部分を通じて循環させることもできる。
【００６２】
図７及び図７Ａは図６及び図６Ａに極めて類似しているが、エンジン／発電機の稼動に関する増大された明瞭性のために、カム・トラック／接極子組み立て品７５の見えない部分、より具体的には上部カム・トラック・プレート９内に配置された、外側カム・トラック４５及び内側カム・トラック４６が示されている。外側カム・トラック４５及び内側カム・トラック４６はこれ以降の全ての図で示される。稼働中は、カム・ローラー組み立て品１８は、外側カム・トラック４５と一定の継続的な接触を保ち、カム・ローラー組み立て品１８の稼働中の一定及び継続的な回転方向を保証することに注意されたい。カム・ローラー組み立て品１８及び内側カム・トラック４６の間には、正常運転の際には接触がないことを保証するために、隙間が提供されている。カム・ローラー組み立て品１８による、内側カム・トラック４６への接触は、エンジン／発電機の始動時、及び停止時の短期間のみに行われることに注意されたい。この観点では、上述の、増大された明瞭性のために、下部主ラジアル軸受け７が、シリンダー１４内部の領域から取り除かれているのを見ることができる。
【００６３】
さて、図７及び図７Ａに示される固定ブロック・エンジン／発電機の稼動を見て、ピストン組み立て品３９の位置は、２つの対向するシリンダー１４Ａ内に見られる。ピストン組み立て品３９は、そのストロークの頂点に位置しており、排気バルブ軸２１は、バルブ組み立て品２０の中で閉鎖され、燃料はシリンダー１４Ａに関連する２つの燃焼室６０内に噴射され、カム・トラック／接極子組み立て品７５は、火花をプラグイン式ピストン組み立て品３９へ、及び最終的には図１Ａ及び図１Ｂに見られる、点火プラグ・ヘッド３８まで前進させるために用いられる点火導体８が、点火プラグ３と整列位置にあるような、回転位置にある。高エネルギー火花は、点火プラグ３から点火導体８へ、そして再びピストン組み立て品３９のリスト・ピン電極３４へ跳躍し、燃焼室６０内の点火プラグ・ヘッド３８の点火火花を引き起こす。好適な実施形態でのカム・トラック／接極子組み立て品７５の回転方向は、時計回りであるために、燃焼室内の燃料の燃焼により、ピストン組み立て品３９上に発揮される圧力は、外側カム・トラック４５と一定の継続的な接触を保つカム・ローラー組み立て品１８に伝達され、及びカム・トラック／接極子組み立て品７５と、それが包含する外側カム・トラック４５及び内側カム・トラック４６の回転運動が、２つの角度のある下降面４５Ａを加圧されたカム・ローラー組み立て品１８に当接させ、カム・トラック／接極子組み立て品７５の回転を引き起こし、及びカム・トラック／接極子組み立て品７５中の磁石と固定電気コイル３２の相互作用により更に電気の生産を引き起こす。
【００６４】
図８及び図８Ａ図７及び７Ａときわめて類似しているが、これらの図では、それが包含するカム・トラック４５及び４６とともにカム・トラック／接極子組み立て品７５が、図７及び７Ａに見られる燃焼イベントの直接の結果として、時計回り方向に回転させられ（図７及び７Ａから合計３２．５度）ている。ピストン組み立て品３９はそのストロークの底部にあり、及び隆起した排気バルブ作動カム・リング３０のカム・ランド４７とともに、排気バルブ軸２１は、排気バルブ組み立て品２０の排気バルブ・カム２５の相互作用の結果として完全に開放されている。燃焼イベントは今や完結し、排気はシリンダー１４Ａを去り、開口した排気バルブ軸２１を経由し、固定エンジン・ブロック１３内の排気ポート６２を経由して、排気管２６の外へと排出される。この時点では、ピストン組み立て品３９には運動がないため、固定ブロック・エンジン／発電機の排気サイクルの間には、ピストンが直ちに内向きに運動してピストン・ストロークの頂点に戻り、排気ガスをシリンダー外に大きな圧力で強制的に排出し、したがって大きな不効率と利用可能なエネルギーを損失する従来のエンジンのようには、燃焼エネルギーは失わない。
【００６５】
稼動における固定ブロック・エンジン／発電機の次のイベント  は、シリンダー・パージ及び冷却サイクルであり、これは、再びピストン組み立て品３９の運動が比較的なしで達成され、燃焼イベントの間に生成される利用可能なエネルギー量を大きく増大させる。
【００６６】
開放された排気バルブ軸２１により、いったんシリンダー１４Ａが減圧されると、ここに示されていないが、好適にはリング・ギア５により稼動される、１つ以上の付属バルブ（好適には付属ロータリーバルブであるが、いかなる従来のバルブでも使用可能である）を経由する圧力の下に、シリンダー・パージ及び冷却空気がシリンダーに入ることが可能になる。付属の空気バルブ／バルブも、任意の従来法により開放され／作動される。シリンダー・パージ及び冷却空気は、シリンダー上端ケース半分４内のねじ山が切られたポート５７を経由して、シリンダー１４Ａを取り囲むリリーフ溝５８へ、及びシリンダー１４Ａの外径壁内に配置される空気吸入ポート７１（図８Ａ）を経由し、シリンダーへと方向付けされ、及びシリンダー１４Ａの内径に配置された空気パージ・ポート７２（図８Ａ）から、シリンダー内に入り、ピストン組み立て品３９の完全に延伸した位置により内部シリンダーに曝露される。パージ及び冷却空気は、シリンダー及び燃焼室の全長を通過して循環し、いまだに開口している排気バルブ軸２１を通過して脱出し、シリンダー、燃焼室、排気バルブ、排気バルブ組み立て品、固定ブロック及び排気管を冷却する。このプロセスは、以前の燃焼からの、シリンダー及び燃焼室内の消費されたガスが、次の燃焼に先立って除去され、新たな燃焼効率を改善し、燃焼エネルギーを増大させ、及び全体効率及び利用可能なエネルギー産生を増大させながら。汚染を低下することを保証する。このパージ及び冷却イベントのために、経験された別の前向き結果がある。シリンダー１４の利用可能な全長が内部で冷却されるために、それらの内表面温度は新しい燃焼空気が最後にシリンダーに導入されるときには、より低温になっている。内表面温度がより低温であるために、燃焼に先立ち、シリンダー内の空気の予備膨張はより少なくなり、燃焼イベントの間及び後のそれらの気体のより大きな膨張を可能とする。このことは、燃焼後のシリンダー内の気体のより大きな膨張の結果として、順により高いシリンダー圧力が生成され、次いでピストン組み立て品３９にその圧力が発揮され、それにより燃焼イベント当たりに、より多くの力及び利用可能なエネルギーを生成し、燃焼イベントからの、より大きなエネルギー生成を意味し、及び従って低い燃料消費でより大きな全体効率を生み出すことの結果として、燃焼イベントによる、より大きなエネルギーの生成を意味する。
【００６７】
従来のエンジンでは、往復運動しているピストンが、固定位置に対して完全に延伸されるための十分な時間の量がないために、このパージ及び冷却イベントは効果的に行われることは不可能である。本発明によると、ピストンは完全に延伸した位置、またはその近傍にとどまるために、その後の各燃焼イベントでは、はるかに長い量の時間があり、このことが、シリンダーを冷却して排気するために、空気パージ部品を通過して空気がシリンダー内に導入される機会を可能とする。図９及び図９Ａは、図８及び８Ａと極めて類似しているが、これらの図では、図７及び７Ａに見られる燃焼イベントの直接の結果として、カム・トラック／接極子組み立て品７５、その包含するカム・トラック４５及び４６とともに、更に時計方向に回転させられている（図７及び７Ａから合計９０度）。この時点ではシリンダー・パージ及び冷却サイクルはいまだに進行中である。シリンダー・パージ及び冷却サイクルが完結する前に、シリンダー１４Ａ中の全空気量は、数回置換されて、次回の燃焼イベントを最大化するために冷たく、かつクリーンな環境を保証する。この図では排気バルブ軸２１はまだ開放されており、及びこれは、ピストン組み立て品３９が、カム・ローラー組み立て品１８の相互作用に起因して、ゆっくりと内向きに運動し始め、及び４５Ｂに見られるように、徐々に外部カム・トラック４５のカム開度を増加させる、次の圧縮サイクルのわずか前まで開放されたままである。このピストン組み立て品のよりゆっくりとした加速は、エンジン／発電機組み立て品の発電機部分により、使用可能な出力エネルギーに変換されるエネルギーを再び保全し、全体効率を更に増大させる。
【００６８】
図９及び９Ａでは、シリンダー１４Ｂは、いまや図７及び７Ａにおいて、シリンダー１４Ａがその位置にあったのと、同じ点火位置にある。図９及び９Ａのシリンダー１４Ａは、いまだにパージ及び冷却サイクルにあり、排気バルブ軸２１はいまだに開放されている。排気バルブ軸２１は、カム・トラック／接極子組み立て品７５が、時計方向に更に２４．６度回転するまで開放されたままであり、及びシリンダー・パージ及び冷却サイクルは、カム・トラック／接極子組み立て品７５が更に３５．６度回転するまで継続される。この好適な実施形態では、排気バルブ軸２１は、パージ／冷却サイクルの終了の１１度手前で閉鎖される。従ってこの構造は、カム・ローラー組み立て品１８及び外部カム・トラック４５の相互作用により引き起こされる、ピストン組み立て品３９の内向きの運動の前に、シリンダーがパージ／冷却空気により予備加圧されることを可能にする。この作用は、燃焼に先立ち、より大きなシリンダー圧力を提供する。燃焼に先立ち、より低いシリンダー圧力が望ましいと決定された場合には、ｔｉｍｉｎｇｏｆｔｈｅバルブ軸２１の閉鎖タイミングは、単純にパージ／冷却サイクルが完結した後に起きるように調整され、予備圧縮シリンダー圧力を低下させる。所望の場合には、圧縮サイクルの間に、外部カム・トラック４５へのピストン組み立て品３９の部分的一致が生じた後まで、バルブ軸閉鎖が起きないように、更に遅らせることができ、燃焼に先立ち更にシリンダー圧力を低下できる。上述したように、シリンダー１４Ｂはいまや、シリンダー１４Ａが図７及び７Ａにおいてあったのと同じ、点火位置にある。固定ブロック・エンジン／発電機のカム・トラック／接極子組み立て品７５は、対向するシリンダー及び燃焼室が燃焼を経験した、直前の燃焼イベントから、９０度だけ回転している。各シリンダーがそれぞれ１８０度回転する間に、燃焼イベントを１回有し、及び従って３６０度回転を完了するまでに２回の燃焼イベントを有することも明白であろう。示されている４−シリンダーの固定ブロック・エンジン／発電機は、従って３６０度回転する間に８回の完全な燃焼イベントを発生させる。
【００６９】
シリンダー１４のそれぞれが、中心から放射状に外向きに延伸されることを示すために、上記の好適な実施形態が記載され図示されてきたが、シリンダーを異なる様式で構成することが可能である。
【００７０】
図１０及び１１は、シリンダー配列の別の変形をそれぞれ示す、水平断面図である。明瞭性のために参照符号は省略してあるが、各図の構成要素は、先行する図６、７、８及び９のいずれかから、直ちに特定できる。図１０及び１１は、シリンダーの配向が、中心から直接放射状に外側に延伸しているものから、左右のいずれかに、わずかにオフセットされている実施形態をそれぞれ示している。
【００７１】
図１２及び１３は、それぞれ、シリンダー配列が更にオフセットされて、中心から直接放射状に外側に延伸するものから、９０度で延伸している水平断面図を示している。これらの図に見られるように、かかるオフセットされた配列は、特定の用途に好適である、更により小型化された設計をもたらす。オフセットされたシリンダー構造は小型である一方、しかしながらエンジン構成成分に対する稼働中の付加を増大させる。
【００７２】
単一のカム・トラック・プレート中でのシリンダー配列及び複数のカム・トラックの組み合わせも可能であるが、図示されていない。
【００７３】
図１〜９Ａに付随する上述の説明は、固定ブロック・エンジン／発電機のカム・トラック／接極子組み立て品７５の１回転の１／４（９０度）内で起きるイベントを追跡していることを認識されたい。典型的なエンジンの内部機能を熟知している者には、本願に記載された固定ブロック・エンジン／発電機のエンジン及び発電機の組み合わせが、極度に出力密度の高い、軽量の、経済的な、信頼性のある、極度に小さなパッケージに含まれる、実質的に全てのポータブルと、固定用とに有用である、信頼できる電力源の探索における偉大な前向きの跳躍を代表することを認識するであろう。本願において開示された固定ブロック・エンジン／発電機のエンジンは、内燃エンジンの稼動に通常用いられる、任意の単一の燃料又は液体及び／又は気体状燃料の組合せを用いて稼動する能力のあることを認識するであろう。増大された出力密度及び全体効率に起因して、本願において開示された固定ブロック・エンジン／発電機のエンジンは、標準内燃エンジンの稼動に通常用いられるものよりも、低品質の燃料で稼動する能力を有することも認識されたい。
【００７４】
本発明について記載してきたが、上述したことから、当業者は、本発明が示す新規の前進を直ちに認識し、及び本願の上記に記載され、及び付随する図面に図示された実施形態が、好適である一方で、以下の請求範囲に記載されない限り、上述の記載に制限されないことを意図される、本発明の精神と範囲を逸脱せずに、修正、変形及び等価物による置換を受け入れることができることを理解すると信じられる。
【符号の説明】
【００７５】
いくつかの部品について示されるように、それぞれについての参照番号の指定は以下に一覧される：
１  燃料噴射装置クランプ
２  燃料噴射装置
３  点火プラグ
４  エンジン／発電機の半分の封入を構成する上端ケース半分
５  リング・ギア
６  放射状主軸受けを保持するために用いられる止め輪
７  主ラジアル玉軸受け
８  プラグインされたピストン点火プラグに火花を前進させるための点火導体
９  上部カム・トラック・プレート
１０  接極子リング
１１  接極子磁石
１２  接極子クランプ
１３  固定エンジン・ブロック
１４  シリンダー
１５  シリンダー・スリーブ
１６  ピストン（プラグイン式ピストン）
１７  リスト・ピン電極組み立て品
１８  カム・ローラー組み立て品
１９  位置決めねじ
２０  バルブ組み立て品
２１  バルブ軸(バルブ  組み立て品当たり１つ)
２２  バルブ  本体（バルブ  組み立て品当たり１つ）
２３  バルブ・ガイド（バルブ  組み立て品当たり１つ）
２４  バルブ・スプリング（バルブ  組み立て品当たり１つ）
２５  排気バルブ・カム（バルブ  組み立て品当たり１つ）
２６  排気管
２７  排気バルブ・カム位置合わせ軸受け
２８  下部カム・トラック・プレート
２９  排気バルブ作動カム・リング固定器具
３０  排気バルブ作動カム・リング
３１  推力軸受け
３２  固定  電気コイル
３３  底部ケース半分
上記に一覧された部品により構成される、特定の組み立て品に対する参照も存在する。それらの組み立て品,及び参照番号の割り当ては、以下に一覧される：
参照番号の記載
２０  バルブ組み立て品
３９  ピストン組み立て品
７５  カム・トラック／接極子組み立て品
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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